小角度缠绕矩形玻璃钢矩形管的研究

发表于2014-07-08     734人浏览     0人跟帖     总热度:10  

纤维缠绕产品具有比强度和精度高、可设计性强、绝缘性能好、阻燃、成本低等特点,早期主要在国防、航天等高新技术领域应用。随着纤维缠绕技术的发展,尤其是高性能多轴缠绕设备迅猛发展,使缠绕技术逐渐向民用结构产品方向扩展。大口径矩形玻璃钢矩形管主要用于消防高空作业车伸臂、电力部门作业车辆、工程结构梁等领域。
矩形管小角度缠绕工艺主要存在制品壁厚不均匀、端部缠绕线型不稳定等难题,目前对该缠绕技术的研究非常少。表1为成型矩形管采用手糊和缠绕成型方法和产品力学性能的比较。从表1可以看出,缠绕成型方法在产品性能,模具成本,生产效率等方面都有较强的优势。
本试验选取了合适的材料,设定了线型应满足的条件,采用带封头缠绕来降低模具和原材料的成本,封头上采用挂线系统,在小角度缠绕下改善纤维缠绕滑线,减少材料损耗,缩短端部停留时间。解决了小角度稳定缠绕线型稳定、壁厚不均等问题。
2 材料选择
湿法缠绕用树脂体系的应具备的两个条件:一是树脂基体固化后的性能满足设计要求;另一是缠绕工艺性能好,以保证纤维与树脂浸润性好。综合考虑性能和成本等因素,本文选用了工艺性能好,能够适于批量生产,固化后较稳定的环氧绝缘配方;增强材料选择了性能较高的高强玻璃纤维。1200Tex 高强玻璃纤维/环氧单向板性能。
3 模具设计
薄壁、承受较小弯矩矩形管可以采用无封头缠绕。这种缠绕方式缠绕角一般都在45。以上,纤维挂在模具两端棱角处时,缠绕角变化较小,能够实现稳定的缠绕。对于矩形管在长度方向承受较大弯矩,需要将纤维方向尽可能铺放在接近长度方向。这样的产品成型一般采用长度方向上预浸料铺放和大角度缠绕相结合的工艺。但是这种工艺不仅需要纤维预浸设备的投入,大量的劳动力进行铺放,而且由于张力主要作用在四个棱角处,制品面内厚度相差很大。如果选用小角度缠绕,不但能满足纤维铺放设计方向,还能较大改善平面内厚度不均问题。
为了在缠绕角度小于45。以后实现稳定的线型,需要模具两端有很长的超越长度,丝嘴在端部停留时间也要加长,以满足缠绕角变化较大带来的侧向力,这样就给模具和材料上带来很大的浪费。研究了几种形式的矩形模具封头,确定图1所示模具结构。采用带封头缠绕来降低模具和原材料的成本。封头上采用挂线系统,在小角度缠绕下改善纤维缠绕滑线,减少材料损耗,缩短端部停留时间。 矩形截面缠绕通常采用“相当圆”理论。根据微分几何上的克列洛定理,封头极孔直径为:
d=Dsina相
其中,D—— 矩形管“相当圆”直径; OL相—— 矩形截面的“相当圆”缠绕角。由矩形截面边长300 mm、330 mm和OL=35。计算得封头直径:d=230 mm。
4 线型设计
线型设计在缠绕工艺过程中起着关键作用。矩形管的几何形状带来的缠绕厚度不均、滑线问题和机械设备实施问题都是缠绕设计必须考虑的,否则将导致整个缠绕工艺的失败。
4.1 矩形截面非测地线稳定缠绕判别式 IcosAo/ h—cosAo/ l I]2sina相flcos( +△ b)l 卜纤维层间或与芯模表面的摩擦因数。
4.2 封头包角的确定
制品完成后只取中间有效部分,两边封头所耗材料尽量要少,所以缠绕线型应有最小的封头包角 (X),以尽可能减少大量纤维在封头处堆积。包角还应满足在封头系统上纤维能从矩形的长边(。)跨到短边(6),这样才能实现稳定的线型。
所以包角应满足:
,Y 2aretg a/b (a>b)
由以上公式计算此次实验封头包角应大于 96。。实际选择线型时,应选取线型的切点尽量少,这样就能够减少纤维在封头堆积。
本次实验采用测地线缠绕,即缠绕角OL = ,计算所需要的线型,这里不再赘述。
5 缠绕工艺实施
通过选材、模具设计和线型设计等几方面的研究,给小角度缠绕矩形玻璃钢矩形管实验成功奠定了基础。在工艺实施过程中的缠绕设备加以选择和改造,对工艺加以改善,例如采用了先进的多轴缠绕设备,采用展纱效果较好的绕丝嘴结构形式;丁艺上微调整丝嘴距离,缠绕线型中在封头处加入伸臂动作,使张力能够传递到平面,以获得较稳定缠绕线型;固化时采用旋转固化,使四面含胶量均匀,制品稳定。实验完成后,制品的面内厚度、表观质量和力学性能都达到了预定的目标。
6 结语
本文对小角度缠绕矩形玻璃钢矩形管成型技术进行探索研究。所制备的矩形玻璃钢矩形管表观质量、面内厚度和力学性能达到了预定指标。结果表明,选择的材料和设计的小角度缠绕封头模具结构合理;封头上采用的挂线系统和所设计的线型,在小角度缠绕下改善了纤维缠绕线型滑线,缩短了缠绕时间,减少了材料损耗。
原文来自http://www.ljblg.com/news/newsdetails142.html

分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

yhn010203

江苏 徐州 | 室内设计

113 关注

54 粉丝

19 发帖

3 荣誉分

该博主未添加简介

猜你爱看

添加简介及二维码

简介

还可输入70字

二维码(建议尺寸80*80)

发站内信息

还可输入140字
恭喜您已成功认证筑龙E会员 点击“下载附件”即可
分享
2/20